DE102007008104A1 - Process to regenerate sand pre-used in a metal casting process by burning and washing out organic and inorganic residues - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießereisanden beziehungsweise Gießerei-Altsand, welcher beim Gießprozess unter Verwendung von Kern anfällt, wobei die Kerne aus zum Teil organisch gebunden und zum Teil anorganisch gebundenen Kernsanden gebildet sind. Das Verfahren umfasst eine Kombination aus thermischer und nasschemischer Aufbereitung.The The invention relates to a method for regenerating foundry sand or foundry used sand, which during the casting process is obtained using core, with the cores out of the Part organically bound and partly inorganic bound core sands are formed. The process comprises a combination of thermal and wet-chemical preparation.
In der Metall-Gießerei werden je nach Anforderungsprofil unterschiedliche Formgrundstoffe und Gießkernzusammensetzungen verwendet.In The metal foundry will be different depending on the requirements profile Molding bases and foundry core compositions.
Unter den Kernen sind im Folgenden einzelne Kerne, Kernpakete, Zusammengesetzte Kerne oder deren Kombination zu verstehen. Die Kerne werden aus Kernsand gebildet. Nach dem Abgießen gehen die Kerne in Gießerei-Altsand über. Eine Quelle für Altsand ist der vor dem Abguss anfallende Ausschuss an Kernen (z. B. Kernbruch) oder auch anderweitig ausgehärtete Kernsandmischungen.Under In the following, the cores are individual cores, core packages, composites Cores or their combination to understand. The cores are going out Core sand formed. After pouring, the cores go in Foundry old sand over. A source for Altsand is the waste material produced prior to casting (eg. B. core breakage) or otherwise hardened core sand mixtures.
Als Formgrundstoff wird in der Regel Sand verwendet, insbesondere Quarzsand, Chromitsand, Zirkonsand und Olivinsand, wobei erstgenannter die größte Verbreitung hat. Die Synthetischen Kernsandgemische bestehen in der Regel aus aufbereitetem natürlichen Sand (Tonanteil < 1%) mit Bindemittelzusätzen. Die Aufbereitung erfolgt meist aus einer Reinigung, Klassierung und Trocknung.When Form base material is usually sand used, especially quartz sand, Chromite sand, zircon sand and olivine sand, the former being the largest Spread has. The Synthetic core sand mixtures exist in usually made from treated natural sand (clay content <1%) with binder additives. The treatment usually takes place from a cleaning, classification and drying.
Prinzipiell unterscheiden sich die Grundstoffe für die Form- und Kernherstellung nicht. Veränderlich ist hier die Aufbereitung und die Versetzung mit Bindemitteln.in principle The basic materials for shape and core production differ Not. Variable here is the preparation and the transfer with binders.
Für die Gießkerne oder Modelle werden zum Teil anorganische Binder verwendet, da sie vor allem gute Festigkeitseigenschaften (u. a. Druckfestigkeit) haben. Dabei unterscheidet man hier Quellbinder und hydraulische Bindemittel. Quellbinder sind Tonide. Sie härten durch Wärmezufuhr aus und reagieren relativ wenig mit andern Metalloxiden.For the casting cores or models become partly inorganic Binder used, since it has good strength properties above all (Others have compressive strength). Here one differentiates here Quellbinder and hydraulic binders. Source binders are Tonide. They harden by supplying heat and react relatively little with others Metal oxides.
Hydraulische Binder sind z. B. Wasserglas (Natriumsilikat, Na2SiO3), Zement oder Gips. Wasserglas kann beispielsweise mit einer CO2-Begasung, Heißluftspülung oder durch Dehydratisierung ausgehärtet werden.Hydraulic binders are z. As water glass (sodium silicate, Na 2 SiO 3 ), cement or gypsum. Water glass can be cured, for example, with CO 2 gassing, hot air rinsing or by dehydration.
Zur Herstellung der organisch gebundenen Kerne wird überwiegend das Cold-Box-Verfahren angewendet. Hierzu gehören die Kernfertigungsverfahren, bei denen feuchte schüttfähige Formgrundstoffe in kalten Kernkästen in kurzen Zeiten bei Raumtemperatur gehärtet werden. Die Kerne werden aus Kernsand und einem chemischen Zweikomponenten-bindemittel (z. B. PUR) gefertigt. Hot-Box-Verfahren verwenden häufig als Binder flüssige Phenol-, Furan- und Aminoharze, beziehungsweise deren Kombinationen, unter Zusatz eines Warm-Härters, wie z. B. Ammoniumstearat. Die Aushärtung erfolgt beispielsweise nach dem Verschießen in heiße Kernkästen bei Temperaturen von ca. 200 bis 270°C.to Production of organically bound cores becomes prevalent applied the cold box method. These include the core manufacturing processes, in which wet pourable mold base in cold core boxes hardened in short times at room temperature become. The cores are made of core sand and a two-component chemical binder (eg PUR). Hot-boxing procedures often use as binder liquid phenol, furan and amino resins, respectively their combinations, with the addition of a warm curing agent, such as z. B. ammonium stearate. The curing takes place, for example after firing in hot core boxes at temperatures of about 200 to 270 ° C.
Oft wird aus Kostengründen in einem Gießvorgang unterschiedlicher Sand benutzt. Der werkstücknahe Sand, insbesondere der Modellsand besteht häufig zu großem Anteil aus Neusand. Dabei ist es von großem wirtschaftlichem Interesse möglichst hohe Anteile aus wieder aufbereitetem Gießereissand zu verwenden.Often is different for cost reasons in a casting process Sand used. The workpiece-near sand, in particular the Model sand often consists of a large proportion New sand. It is of great economic interest the highest possible proportions of recycled foundry sand to use.
Aus
der
Aus
der
Aufgrund unterschiedlicher Anforderungen an die Kerne innerhalb einer Gießform oder aber unterschiedlich betriebener Gießstraßen können in einer Gießerei Gießereisande aus anorganisch und organisch gebundenen Kernen nebeneinander und in variablen Mengen anfallen.by virtue of different requirements for the cores within a mold or differently operated casting lines can foundry sands in a foundry of inorganic and organically bound nuclei next to each other and incurred in variable amounts.
Problematisch ist dabei die Aufbereitung von Mischungen aus anorganisch und organisch gebundenen Gießerei-Altsanden in einer wieder verwendbaren Qualität.Problematic is the preparation of mixtures of inorganic and organic tied foundry old sands in a reusable Quality.
Gießereien stehen unter dem Druck ihre Emissionen zu vermindern. Die Emissionen basieren zum großen Teil auf den organischen Kernbindemitteln, die zumeist in Cold-Box-Verfahren verwendet werden. Im Gegensatz zu organischen Bindern lassen sich anorganische Kernbindemittel (AOB) nahezu emissionsfrei anwenden.foundries are under pressure to reduce their emissions. The emissions are based to a large extent on organic core binders, which are mostly used in cold-box processes. In contrast Organic binders can be inorganic core binders (AOB) use almost zero emissions.
Die Einführung von AOB in bestehende Gießereien mit Sandregenerierungen ist schwierig, bzw. im Rahmen der normalerweise bestehenden Prozessketten nicht möglich, da sich Gießereisande mit anorganischer Bindung und mit organischer Bindung nicht vermischen dürfen. Im Falle der Vermischung, wäre eine erneute Herstellung von organisch gebundenen Kernen, insbesondere im Cold-Box-Verfahren nicht prozesssicher möglich. Bei Kreislaufführung des aufgearbeiteten Kernsandes steigt die Basizität des so entstehenden Regenerat-Formgrundstoffes unweigerlich stetig an. Dies ist ein Effekt des zunehmenden Gehaltes an anorganischem Binder beziehungsweise Wasserglasbinder. Sowohl die Verarbeitbarkeit, bzw. Topfzeit, der angemischten Fomsandmassen als auch das Festigkeitsniveau der gebildeten Formkerne wären ungenügend, da die organischen Bindersysteme, insbesondere Cold-Box-Rindersysteme im basischen Medium vorzeitig aushärten.The introduction of AOB into existing casting Repairs with sand reclamation are difficult or not possible within the framework of normally existing process chains, as foundry sands with inorganic bonding and with organic bonding must not mix. In the case of mixing, a renewed production of organically bound cores, especially in the cold-box process would not be reliable. With recycling of the reclaimed core sand, the basicity of the resultant regenerated molding base inevitably increases steadily. This is an effect of the increasing content of inorganic binder or water glass binder. Both the processability or pot life, the mixed Fomsandmassen and the strength level of the formed cores would be insufficient, since the organic binder systems, especially cold-box bovine systems cure in the basic medium prematurely.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur gemeinsamen Aufbereitung von gemischten Gießerei-Altsanden und Altsanden aus organisch und anorganisch gebundenen Kernsanden aufzuzeigen, das die Wiederverwendung der regenerierten Sande sowohl für anorganisch wie für organisch gebundene Formkerne ermöglicht.It It is therefore an object of the invention to provide a method for joint preparation of mixed foundry old sands and old sands organic and inorganically bound core sands that reuse the regenerated sands for both inorganic and for organically bound mandrels allows.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch ein Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-Altsand und/oder Altsand, welcher beim Gießen unter Verwendung von Kernen aus organisch gebundenen und anorganisch Kernsanden anfällt, durch eine Kombination aus thermischer und nasschemischer Aufbereitung, mit den Verfahrensschritten
- a) Zerkleinerung der Kerne oder gehärteten Kernsande
- b) thermische Aufbereitung durch Ausbrennen der organischen Binder und Bestandteile
- c) nasschemische Aufbereitung durch Auswaschen des anorganischen Binders mit einer Waschlösung
- d) Abtrennung der Waschlösung und des in der Waschlösung gelösten und/oder suspendierten anorganischen Binders
- e) Trocknung und Klassierung des regenerierten Gießereisandes unter Bildung von Regeneratsand, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- a) Crushing of the cores or hardened core sands
- b) thermal treatment by burning out the organic binder and constituents
- c) wet-chemical treatment by washing out the inorganic binder with a washing solution
- d) separation of the washing solution and the dissolved and / or suspended in the washing solution inorganic binder
- e) drying and classification of the regenerated foundry sand to form regenerated sand, having the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn anorganisch gebundene Kerne oder Formkerne in bereits bestehende Gießereien bzw. Gießereiprozesse mit Sandregenerierung von organisch gebundenen Gießereikernen eingeführt werden.The method according to the invention is particularly advantageous if inorganically bound cores or mandrels are already existing Foundries or foundry processes with sand regeneration be introduced by organically bound foundry cores.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt die Anwendung von anorganisch und organisch gebundenen Kernen für die Herstellung gemischter Kernpakete (anorganisch und organisch gebundene Teilkerne) zu. Ebenso ist in einer Gießerei der Betrieb von unterschiedlichen Gießstraßen nebeneinander möglich, die jeweils nur eine der beiden Kernvarianten verwenden, ohne dass unterschiedliche Regenerationsverfahren vorgehalten werden müssen.Of the Use of the method according to the invention leaves the application of inorganic and organic bonded nuclei for the production of mixed core packages (inorganic and organic bound part cores). Likewise, in a foundry the Operation of different casting lines next to each other possible, in each case only one of the two core variants use without having maintained different regeneration procedures Need to become.
Es ist vorgesehen, die Gießereialtsande bzw. Restsande innerhalb der Gießstraße oder auch aus unterschiedlichen Gießstraßen zu sammeln und nach dem Passieren eines herkömmlichen Sandzerkleinerers, beispielsweise einem Knollenbrecher in eine thermische Regenerierung zu überführen. Diese thermische Regenerierung dient dem Ausbrennen der organischen Bestandteile. Es ist dabei von Bedeutung, dass die anorganischen Binder bzw. anorganischen Bestandteile des Gießereialtsands nahezu unverändert erhalten bleiben, während die organischen Bestandteile vollständig entfernt werden.It is provided, the foundry sands or rest sands within the casting line or even different To collect casting roads and after passing a conventional sand grinder, such as a To convert tuber crushers into a thermal regeneration. This thermal regeneration serves to burn off the organic Ingredients. It is important that the inorganic Binder or inorganic constituents of the foundry association remain virtually unchanged while the organics are completely removed.
Das Ausbrennen der organischen Bestandteile erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb 900°C, typischerweise bei 500–900°C. Besonders bevorzugt sind Temperaturen in einem Bereich von 580–650°C. Dabei wird das Ausbrennen bevorzugt in einem Wirbelschichtreaktor, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 580 bis 650°C durchgeführt.The Burning out of the organic components is preferably carried out at a Temperature below 900 ° C, typically at 500-900 ° C. Particularly preferred are temperatures in a range of 580-650 ° C. The burnout is preferably carried out in a fluidized bed reactor, especially at a temperature in the range of 580 to 650 ° C carried out.
Je nach Bedarf erfolgt hierauf eine Entstaubung des vorregenerierten Gießereialtsandes.ever If necessary, this is followed by dedusting the pre-regenerated Gießereialtsandes.
Es ist wesentlich für die Erfindung, dass nach der thermischen Regenerierung eine gezielte Abtrennung des verbleibenden anorganischen Binders durchgeführt wird.It is essential to the invention that after the thermal Regeneration a targeted separation of the remaining inorganic Binders is performed.
Der thermisch vor-regenerierte Gießerei-Altsand wird nun erfindungsgemäß einer Nassregenerierung (nasschemische Aufbereitung) zugeführt. Hierbei wird durch geeignete Waschvorgänge mit wässrigen Lösungen der Gießerei-Altsand von den anorganischen Bindern befreit. Die Waschvorgänge können durch mehrmaligen Umlauf der Waschlösung, ggf. mit unterschiedlichen Drücken und Geschwindigkeiten des Waschwassers/Waschlösung durchgeführt werden.Of the thermally pre-regenerated foundry waste sand is now inventively one Wet regeneration (wet chemical treatment) supplied. in this connection is made by suitable washing with aqueous Solutions of Foundry Altsand from Inorganic Binding freed. The washes can through repeated circulation of the washing solution, possibly with different Press and speeds of wash water / wash solution performed become.
Als Waschlösung wird Wasser, gegebenenfalls mit Zusatzstoffen, insbesondere zur Regulierung des pH-Wertes, der Oberflächenspannung und der Schaumbildung verwendet. Bevorzugt wird in der Waschlösung ein neutraler pH-Wert eingestellt, insbesondere bei der Verwendung von silikatischen Bindern, wie Wasserglas.When Washing solution becomes water, optionally with additives, in particular for the regulation of the pH, the surface tension and the foaming used. It is preferred in the washing solution set a neutral pH, especially in use of silicate binders, such as water glass.
In einer Absetzwanne oder Becken wird der abgespülte anorganische Binder aufgefangen und abgetrennt. Der Binder lässt sich hierauf zumindest teilweise wieder als Binder für neue Kernformstoffmischungen verwenden.In a settling tank or basin, the rinsed inorganic binder is collected and separated. The binder can be at least partially recovered as a binder for new Kernformstoffmi use scraps.
Werden mehrere Waschgänge durchgeführt, so wird bevorzugt zumindest im letzten Waschgang ein neutraler pH-Wert eingestellt. Hierdurch wird effektiv verhindert, dass basischer Regeneratsand entstehen kann.Become several washes performed, it is preferred at least in the last wash, set a neutral pH. This effectively prevents basic reclaimed sand can arise.
Der so regenerierte Gießereialtsand wird anschließend getrocknet. Bevorzugt wird bei der Trocknung die Abwärme der ersten Regenerierungsstufe genutzt.Of the so regenerated foundry sand is subsequently dried. The waste heat is preferred during drying the first regeneration level used.
In einer weiteren Verfahrensstufe ist vorgesehen den getrockneten Gießereialtsand zu klassieren und in geeignete Fraktionen zu zerlegen.In a further process stage is provided the dried foundry sand to classify and break down into appropriate fractions.
Durch den somit gebildeten Regeneratsand werden die Formgrundstoffe für die unterschiedlichen Gießkerne, und Kernfertigungsverfahren zur Verfügung gestellt. Ein Vermischen der verschiedenen Sande ist somit möglich.By The Regeneratsand thus formed are the mold bases for the different casting cores, and core manufacturing processes made available. A mixing of different sands is thus possible.
Der Regeneratsand lässt sich mit wechselnden Anteilen an Neusand als Formgrundstoff im Cold-Box-Verfahren (CB) oder für die Herstellung anorganisch gebundener Kerne (AOB) zur Kernherstellung wieder verwenden.Of the Regeneratsand can be with changing proportions of new sand as a molding material in the cold-box process (CB) or for the production of inorganic bonded cores (AOB) for core production reuse.
Das Verfahren wird bevorzugt auf Gießereiprozesse angewendet, die mit zusammengesetzten Kernen oder Kernpaketen arbeiten, bei denen die Formkerne nur teilweise durch das Cold-Box-Verfahren gefertigt werden.The Method is preferably applied to foundry processes, which work with composite cores or core packages which the mandrels are only partially made by the cold box process become.
Beispiel:Example:
Zur Überprüfung der Wirksamkeit des Verfahrens wurden Vergleichsversuche mit Normprüfkörpern aus Regeneratsand (Reg. AOB/CB) und Neusand durchgeführt.For checking the effectiveness of the method were comparative experiments with standard specimens made of reclaimed sand (Reg. AOB / CB) and new sand.
Als Maßstab zum Vergleich der Sande wurde die Festigkeit (Biegefestigkeit) und Festigkeit nach unterschiedlichen Verarbeitungszeiten (von organisch gebundenen Normprüfkörpern herangezogen.When Yardstick for comparing the sands was the strength (flexural strength) and strength after different processing times (from organic bound standard specimens used.
Zur Herstellung der Normprüfkörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden Gießereialtsande aus einem Cold-Box-Verfahren (CB) und anorganisch gebundene Altsande (AOB) in einem Verhältnis von 50/50 gemischt.to Production of standard test specimens according to the invention Processes were foundry sands from a cold-box process (CB) and inorganic bound sands (AOB) in a ratio mixed by 50/50.
Diese Mischung wurde zur thermischen Regeneration für 3 h auf 600°C aufgeheizt. Die nasschemische Regeneration erfolgte durch 5-maliges Auswaschen mit Wasser ohne Zusatzstoffe. Hierauf erfolgte eine Trocknung bei 120°C. Aus diesem regenerierten Gießereialtsand wurden unter Verwendung von Cold-Box-Bindemitteln Normprüfkörper hergestellt und deren Festigkeit nach bestimmten Zeiten der Lagerung gemessen.These Mixture was for thermal regeneration for 3 h Heated to 600 ° C. The wet-chemical regeneration took place by washing 5 times with water without additives. This was done drying at 120 ° C. From this regenerated foundry sand were using cold box binders standard test specimens manufactured and their strength after certain periods of storage measured.
Die Vergleichskörper wurden aus dem entsprechenden Neusand mit dem gleichen Binder hergestellt.The Comparison bodies were from the corresponding new sand made with the same binder.
Es zeigt sich, dass für Prüfkörper aus Neusand und für Regeneratsand mit zunehmender Lagerzeit eine Erhöhung der Biegefestigkeit ergibt. Bei allen Lagerzeiten liegen regenerierter Kernsand und Neusand nahezu auf gleichem Festigkeitsniveau.It shows that for test specimens made of new sand and for Regeneratsand with increasing storage time an increase the flexural strength results. For all storage times are regenerated Core sand and new sand almost at the same strength level.
Es zeigt sich, dass sowohl Neusand als auch Regeneratsand nahezu gleich bleibende Festigkeit in Abhängigkeit der Verarbeitungszeit aufweisen. Dabei zeigen die Regeneratsand-Prüfkörper im Rahmen der Messgenauigkeit die gleichen Festigkeiten wie die Neusand-Prüfkörper auf.It shows that both new sand and regenerated sand almost the same permanent strength depending on the processing time exhibit. The regenerated sand test specimens show in terms of measurement accuracy, the same strengths as the New sand test specimen on.
Beide Unersuchungsergebnisse zeigen, dass mit dem Regeneratsand aus anorganisch und organisch gebundenem Sand ein Formgrundstoff bereitgestellt wird, der einem neuen und unbehandelten Neusand ebenbürtig ist.Both Unexamination results show that with the regenerated sand of inorganic and organic bonded sand provided a molding base which equals a new and untreated new sand is.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned | ||
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Effective date: 20130201 |